Een team onder leiding van professor Du Jiangfeng en professor Wang Ya van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) Key Laboratory of Microscale Magnetic Resonance van de University of Science and Technology of China heeft een innovatieve spin-to-charge conversiemethode voorgesteld om hoge- getrouwheidsuitlezing van qubits, stap dichter bij fouttolerante kwantumcomputers.

Quantum suprematie over klassieke computers is volledig aangetoond in een aantal specifieke problemen, toch de volgende mijlpaal, fouttolerante kwantumcomputers, vereist nog steeds dat de geaccumuleerde logische poortfout en de spin-uitlezingsgetrouwheid de fouttolerante drempel overschrijden. Het team van Du heeft de eerste eis in het stikstof-leegstand (NV) centrumsysteem opgelost [ nat. gemeenschappelijk . 6, 8748 (2015)] eerder en dit werk was gericht op high-fidelity-uitlezing van qubits.

Qubit staat, zoals spinstatus, is kwetsbaar:een algemene uitleesbenadering kan de omslag tussen de 0 en 1 toestanden zelfs voor enkele fotonen veroorzaken, wat resulteert in een leesfout. De uitlezingsgetrouwheid van de traditionele resonantiefluorescentiemethode wordt strikt beperkt door een dergelijke eigenschap. Omdat de spintoestand moeilijk te meten is, onderzoekers baanden een spoor om het te vervangen door een gemakkelijk afleesbare en meetbare eigenschap:de laadstatus.

Ze vergeleken eerst de optische uitleeslevensduur van de laadtoestand en de spintoestand, vinden dat de ladingstoestand vijf orden van grootte stabieler is dan de spintoestand. Experimentresultaten toonden aan dat de gemiddelde uitlezingsgetrouwheid van niet-sloopkosten 99,96% bereikte.

Vervolgens nam het team bijna-infrarood (NIR) licht (1064 nm) aan om de ionisatie van de aangeslagen spintoestand te induceren, het transformeren van de spintoestand 0 en 1 naar respectievelijk de "elektrisch neutrale" en "negatief geladen" ladingstoestanden. Dit proces zette de spin-uitlezing om in de ladingsuitlezing.

De resultaten gaven aan dat de fout van de traditionele resonantiefluorescentiemethode 20,1% bereikte, terwijl de fout van deze nieuwe methode kan worden onderdrukt tot 4,6%. Het artikel is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Deze nieuwe methode is compatibel met traditionele methoden, het voorzien van een spin-uitlezingsgetrouwheid die de fouttolerante drempel in echte toepassingen overschrijdt. Dankzij de minder schade van NIR-licht aan biologische weefsels en andere monsters, deze methode zal ook de detectie-efficiëntie van kwantumsensoren effectief verbeteren.